JPS6373869A

JPS6373869A - サイリスタ変換装置

Info

Publication number: JPS6373869A
Application number: JP21523286A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Kobayashi; 小林　淳男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1988-04-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（竜業上の利用分野）本発明は＠流通窓等に用いられる高費圧大容閏交直変換
用のサイリスタ変換装げに関する。

（従来の技術）第２図にサイリスタ変換装置の基本欝成例を示す。

複数のサイリスタ１を直列にして１つのサイリスタとし
て憬能させるために各サイリスタに分圧回路２を接続し
、サイリスタの直列群の両すぬにリアクトル３を接続し
、サイリスタのターンオン時のストレス緩和、外来サー
ジ電圧に対するサイリスタ電圧しゅん度緩和の役目をさ
せている。サイリスタバルブ１６の外来サージ電圧波高
値を制限するためにバルブアレスタ４を全体に並列接続
している。

バルブアレスタはＺｎＯ素子５を直列接続したギャップ
レスアレスタである。

第４図にバルブアレスタの電圧（σＡＲ）、電流（ＬＡ
　）特性を示す。アレスタによる過電ＰＥ保哀レベルＶ
ｐをベースにしてサイリスタの所要直となる。但し、Ｋ
ｔはマージン、Ｋｇは電圧分担率。

サイリスタバルブの経済性を考えると、Ｖｐをできるだ
け低いレベルにし、Ｎを低減することが望ましい。第３
図は第２図のサイリタバルブを図示してないが三相ブリ
ッジに接続して運転した場合のバルブの端子間に加わる
電圧波形を示す。この電圧の最大値（ｖＡＫ）がバルブ
アレスタのＺｎＯ素子に印加されることになるが、Ｚｎ
Ｏ素子は印加電圧に対して有限の寿命特性を示す。

ＺｎＯ素子の電圧ス１−レスを示す係数として、課電率
（Ｒ）が用いられる。

但）ノ、■１８１はＺｎＯ素子にＩＱＩＡの電流を流し
た時の端子電圧。

第５図にＺｎＯ素子の寿命特性例を示す。

（発明が解決しようとする問題点）従来、この寿命特性の制限によりＲが定められ、その結
果Ｖｐが決められ、サイリスタの所１道列数Ｎが決定さ
れていた。、Ｖｐを下げるためＺｎ０の素材を改良し、
Ｒの限界を壜す努力がされてきたが、限界に近ずぎつつ
あった。

又、第２図に示すようにＺｎＯ素子は製作上の限界で１
ヶ当りの電圧が決まっていて、サイリスタと同様複数の
ＺｎＯ素子を直列接続してアレスタを構成していた。こ
の場合、素子間の電圧分担のアンバランスはＺｎＯ素子
の特性を揃えることによってできるだけ平等にすべく努
力されて来たが１０％程度のアンバランスが限界である
。Ｚｎ○素子個々に分圧要素をつけることは、サイズ、
コストの制限で実現できず、従ってＺｎＯ素子直列のア
ンバランスファクタ（約１０％）を考慮し、最大ストレ
スを受けるＺｎＯ素子の寿命特性をペースにＲを決定す
ることにより、保護レベルがその分高くせざるを得なか
った。

本発明はサイリスタの所要直列数を低減することを目的
とした発明で、あり、直列数を決定するためのベースに
なるアレスタの保護レベルを低減するためにアレスタの
課電率Ｒを増すこと、さらに直列ＺｎＯ素子間の電圧分
担率を改善出来るサイリスク変換装置を提供することに
ある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）課電率Ｒを増すために、第５図の寿命特性から周囲温度
を下げることが有効であることがわかる。ＺｎＯ素子を
直接冷却する手段により効果的に寿命を伸ばすことがで
き、期待寿命を同じに考えればＲを大きく設定できるこ
とになる。

冷媒として純水を用いてＺｎＯ素子を個々に冷Ｗするこ
とによってアレスタ全体のサイズを増すことなく、しか
し冷却水の固有抵抗を応用することによりＺｎＯ素子間
の電圧分担を平等にすることが可能になる。

（作　用）第１図に本発明の冷却系統図を示す。サイリスタバルブ
内の主な発熱要素であるリアクトルの巻線３ａ、サイリ
スタ１はヒートシンク１ａに水冷純水を冷却絶縁パイプ
１ｂを通して閉ループで循環して冷却している。６は水
の純度を保つためのイオン交換樹脂、７は水の＠環ポン
プ、８は水−水の熱交換器である純水の１部をアレスタ
に分岐し、ＺｎＯ素子５を冷却するためのヒートシンク
９に流し、ＺｎＯ素子を個別に冷却する。各ヒートシン
ク間は絶縁パイプ１０によって連結されており、このパ
イプ内の水はＺｎＯ素子間の分圧抵抗としての機能を持
つ。

（実施例）第１図の実施例において（ａ）図のアレスタは複数のＺ
ｎＯ素子を銅板と交互に積層し、スプリング１１にて両
端を圧接し、絶縁筒１２内に収納されている。各銅板は
（ｂ）図に示すように平面が円形をなし、その周辺部に
中空鋼パイプ１３が溶接されており、入水排水用ターミ
ナル１４が設けられている。各段のヒートシンクにおけ
るターミナル間は絶縁パイプ１０によって連結され、冷
却水が直列に流れるようにする。アレスタへの入水はサ
イリスタバルブの冷却系から分岐パイプ１５ａによって
行われ、排水はパイプ１５ｂにより、サイリスタバルブ
の冷却排水に結ばれる。

Ｚｎ○の発生は銅板９を通りパイプ１３内の純水に伝達
され、有効に冷却される。パイプ１３の間を連結する絶
縁パイプ１０の等価抵抗ｒはｒ　＝　　□　・　ρ 但し、Ｓはパイプ１３の水路断面積（ｃｉ）、Ｊｌは長
さくα）、ρは冷却水の固有抵抗（Ω−α）であられさ
れ、ＺｎＯの常時印加電圧における等歯肉部抵抗より十
分低いも口になるように設定することができ、このｒに
より直列ＺｎＯの電圧分担を改善することができる。

本実施例ではＺｎＯの冷却水をサイリスタバルブの冷却
系から分岐しているが、独立した冷却系にしてさらに水
温を下げることによってＺｎｏの寿命は一層延長可能に
なる。

ＺｎＯ素子、ヒートシンクの結露防止のため、ＺｎＯを
収納した絶縁筒内には、乾燥空気又はＮ２ガスを封入す
るのが効果的である。

［発明の効果コＺｎＯを個別に水冷することによって冷却をしない場合
に比較して常時印加電圧をより大きくすることができ、
第４図に示すアレスタの特性を実線から点線のようによ
り低いものにでることが可能になる。その結果、アレス
タの保護レベルはＶｐから■ｐ′にて低減される。さら
に、ｚｎ。

素子の直列分担が改善されるので、その分だけさらに低
い特性のアレスタにすることが可能になり、Ｖ＋ｍ’か
らＶｘｍ″に低減できる。その結果、保護レベルはＶｍ
’に低減可能になる。

サイリスタバルブの所要サイリスタ直列数はこのＶｐ“
をベースに算出されることになり、サイリスタの直列数
が合理的に低減可能になる。そのためサイリスタバルブ
の経済性、サイリスタの通電ロスが低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施を示す構成図で、第１図（ａ　
）は冷却系統図、第１図＜ｂ＞は第１図（ａ　）の一部
詳細図、第２図はサイリスタバルブとバルブアレスタと
の電気的接続図、第３図はサイリスタ変換８置を運転し
た場合のサイリスタバルブに印加される電圧波形図、第
４図はバルブアレスタの電圧・電流特性図、第５図はバ
ルブアレスタの寿命特性図である。１・・・サイリスク、２・・・分圧回路、３・・・リア
クトル、４・・・バルブアレスタ、５・・・ＺｎＯ素子
、１６・・・サイリスタバルブ、１ａ・・・サイリスタ
のヒートシンク、１ｂ・・・絶縁パイプ、６・・・イオ
ン交換樹脂、７・・・ポンプ、８・・・熱交換器、９・
・・ＺｎＯのヒートシンク、１０・工゛冷却水用絶縁パ
イプ、１１・・・スプリング、１２・・・絶縁筒、１３
・・・中空銅パイプ、１４・・・冷却パイプ取付用口出
し、１５ａ・・・冷却水入力用分岐パイプ、１５ｂ・・
・冷却水排水用パイプ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ａ）ノｎ第　１　図第　２　図第３図第　４　ローＪｊ１日鯨（Ｃ０）第　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＺｎＯ素子と該ＺｎＯ素子を冷却するためのヒー
トシンクとを交互に積層し、各ヒートシンク間を所定の
断面積と所定の長さからなる絶縁パイプで連結し冷却水
を循環させてなるアレスタを、サイリスタバルブに並列
接続して構成されるサイリスタ変換装置。
（２）前記冷却水は前記サイリスタバルブを冷却するた
めの冷却系統から分流させたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のサイリスタ変換装置。